锂离子电池负极材料的制备与性能研究

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锂离子电池是一种绿色、可充式的二次电源,其工作电压高、能量密度大,大量应用于手机、笔记本电脑等便携式设备。进一步提高电池性能和降低成本是锂离子电池发展的重点。目前锂离子电池负极材料均为碳材料,由于碳材料种类繁多,性能提升空间大,因而研究高性能,低成本的的碳负极材料是改善锂离子电池性能和降低电池成本的有效途径之一。 本课题以开发性能优异而价格低廉的锂离子电池负极材料为目的,以具有良好嵌锂性能,但与电解液的相容性却较差的天然石墨为研究对象,采取包覆法(以聚环氧乙烷和羧甲基纤维素为前驱体,通过低温炭化制备出树脂裂解炭包覆的复合材料)和液相氧化法(采用双氧水和硫酸铈为氧化剂)对天然石墨进行表面改性处理,利用XRD、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流充放电等测试方法对所制材料进行了系统深入的研究。 实验结果表明: 1.XRD测试结果表明,无论是由包覆处理还是氧化处理所得材料的结构基本没有变化,仍然保留着石墨的片层结构。 2.EIS主要考察了包覆厚度对材料性能的影响,实验结果表明实验电池的电阻值随着包覆厚度的增加呈现逐渐增加的趋势。 3.包覆处理:经聚环氧乙烷和羧甲基纤维素包覆处理的复合材料的放电曲线都比较平滑,没有出现明显的衰减现象,在循环50次之后放电容量仍能够达到300mAh·g-1以上,而天然石墨在30次循环之后则会快速衰减,可见包覆处理对石墨性能的提高起到了作用。从而得出结论,即裂解炭对天然石墨有较好的包覆作用,并且能够有效的阻止石墨在充放电过程中发生层状剥落现象,从而有效的提高复合炭材料的循环稳定性,其中5%树脂包覆量的复合材料在循环50次之后可逆容量仍可达到310.9mAh·g-1,比天然石墨高50mAh·g-1,并保持了首次可逆容量的97.1%;同时亦考察了裂解温度对材料性能的影响,在700℃~900℃范围内,随着温度的升高材料的循环性能逐渐变好。综合考虑,当裂解炭含量为5%时,裂解温度为900℃时,所制得的材料性能较为理想。 4.氧化处理:双氧水氧化天然石墨的容量较天然石墨的能量都有所提高,
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